Nabíjačka- Toto fyzikálne množstvo charakterizujúce schopnosť častíc alebo telies vstupovať do elektromagnetických interakcií. Elektrický náboj sa zvyčajne označuje písmenami q alebo Q. V sústave SI sa elektrický náboj meria v Coulombe (C). Bezplatný poplatok 1 C je obrovský poplatok, ktorý sa v prírode prakticky nevyskytuje. Spravidla sa budete musieť vysporiadať s mikrocoulombmi (1 μC = 10 -6 C), nanokulombami (1 nC = 10 -9 C) a pikokulombmi (1 pC = 10 -12 C). Elektrický náboj má nasledujúce vlastnosti:
1. Elektrický náboj je druh hmoty.
2. Elektrický náboj nezávisí od pohybu častice a od jej rýchlosti.
3. Náboje je možné prenášať (napríklad priamym kontaktom) z jedného tela na druhé. Na rozdiel od telesnej hmotnosti, elektrický náboj nie je inherentnou charakteristikou daného telesa. To isté teleso v rôznych podmienkach môže mať rôzny náboj.
4. Existujú dva typy elektrických nábojov, konvenčne pomenované pozitívne A negatívne.
5. Všetky poplatky sa navzájom ovplyvňujú. Zároveň sa ako náboje navzájom odpudzujú, na rozdiel od nábojov priťahujú. Sily interakcie nábojov sú centrálne, to znamená, že ležia na priamke spájajúcej stredy nábojov.
6. Existuje najmenší možný (modulo) elektrický náboj, tzv elementárny náboj. Jeho význam:
e= 1,602177 10 -19 C ≈ 1,6 10 -19 C
Elektrický náboj akéhokoľvek telesa je vždy násobkom elementárneho náboja:
Kde: N je celé číslo. Upozorňujeme, že nie je možné mať poplatok rovný 0,5 e; 1,7e; 22,7e a tak ďalej. Nazývajú sa fyzikálne veličiny, ktoré môžu nadobudnúť iba diskrétne (nie spojité) série hodnôt kvantované. Elementárny náboj e je kvantum (najmenšia časť) nabíjačka.
7. Zákon zachovania elektrického náboja. V izolovanom systéme zostáva algebraický súčet nábojov všetkých telies konštantný:
Zákon zachovania elektrického náboja hovorí, že v uzavretom systéme telies nemožno pozorovať procesy zrodu alebo zániku nábojov iba jedného znamenia. Zo zákona zachovania náboja tiež vyplýva, ak dve telesá rovnakej veľkosti a tvaru, ktoré majú náboj q 1 a q 2 (nezáleží na tom, aké znamenie sú náboje), priveďte do kontaktu a potom od seba, potom sa náboj každého z telies zrovná:
Z moderného pohľadu sú nosiče náboja elementárne častice. Všetky bežné telesá sa skladajú z atómov, ktoré zahŕňajú kladne nabité protóny, záporne nabitý elektróny a neutrálne častice neutróny. Protóny a neutróny sú súčasťou atómových jadier, elektróny tvoria elektrónový obal atómov. Elektrické náboje protónového a elektrónového modulu sú presne rovnaké a rovnajú sa elementárnemu (teda minimálnemu možnému) náboju e.
V neutrálnom atóme sa počet protónov v jadre rovná počtu elektrónov v obale. Toto číslo sa nazýva atómové číslo. Atóm danej látky môže stratiť jeden alebo viac elektrónov alebo získať ďalší elektrón. V týchto prípadoch sa neutrálny atóm zmení na kladne alebo záporne nabitý ión. Upozorňujeme, že kladné protóny sú súčasťou jadra atómu, takže ich počet sa môže meniť iba počas jadrových reakcií. Je zrejmé, že pri elektrifikácii telies nedochádza k jadrovým reakciám. Preto sa pri akýchkoľvek elektrických javoch nemení počet protónov, mení sa len počet elektrónov. Takže správa pre telo záporný náboj znamená prenos ďalších elektrónov do nej. Správa kladný náboj, na rozdiel od bežnej chyby, neznamená sčítanie protónov, ale odčítanie elektrónov. Náboj sa môže prenášať z jedného telesa na druhé iba v častiach obsahujúcich celý počet elektrónov.
Niekedy sa pri problémoch elektrický náboj rozloží po nejakom tele. Na opis tohto rozdelenia sú zavedené nasledujúce množstvá:
1. Lineárna hustota náboja. Používa sa na opis rozloženia náboja pozdĺž vlákna:
Kde: L- dĺžka závitu. Merané v C/m.
2. Hustota povrchu poplatok. Používa sa na opis rozloženia náboja na povrchu telesa:
Kde: S je povrchová plocha tela. Merané v C/m2.
3. Objemová hustota náboja. Používa sa na opis rozloženia náboja v objeme telesa:
Kde: V- objem tela. Merané v C/m3.
Vezmite prosím na vedomie, že hmotnosť elektrónu rovná sa:
me\u003d 9,11 ∙ 10 -31 kg.
Coulombov zákon
bodový poplatok nazývané nabité teleso, ktorého rozmery možno v podmienkach tohto problému zanedbať. Na základe mnohých experimentov Coulomb stanovil nasledujúci zákon:
Sily interakcie nehybných bodové poplatky priamo úmerné súčinu nábojových modulov a nepriamo úmerné druhej mocnine vzdialenosti medzi nimi:
Kde: ε – dielektrická permitivita prostredia – bezrozmerná fyzikálna veličina ukazujúca, koľkokrát bude sila elektrostatickej interakcie v danom prostredí menšia ako vo vákuu (teda koľkokrát prostredie interakciu oslabí). Tu k- koeficient v Coulombovom zákone hodnota, ktorá určuje číselnú hodnotu sily vzájomného pôsobenia nábojov. V sústave SI sa jeho hodnota rovná:
k= 9,109 m/F.
Sily vzájomného pôsobenia bodových pevných nábojov sa riadia tretím Newtonovým zákonom a sú to sily vzájomného odpudzovania s rovnakými znakmi nábojov a sily vzájomnej príťažlivosti s rôznymi znakmi. Interakcia pevných elektrických nábojov je tzv elektrostatické alebo Coulombova interakcia. Sekcia elektrodynamiky, ktorá študuje Coulombovu interakciu, sa nazýva elektrostatika.
Coulombov zákon platí pre bodovo nabité telesá, rovnomerne nabité gule a gule. V tomto prípade na vzdialenosti r vezmite vzdialenosť medzi stredmi gúľ alebo guľôčok. V praxi je Coulombov zákon dobre splnený, ak sú rozmery nabitých telies oveľa menšie ako vzdialenosť medzi nimi. Koeficient k v sústave SI sa niekedy píše ako:
Kde: ε 0 \u003d 8,85 10 -12 F / m - elektrická konštanta.
Skúsenosti ukazujú, že sily Coulombovej interakcie sa riadia princípom superpozície: ak nabité teleso interaguje súčasne s niekoľkými nabitými telesami, potom výsledná sila pôsobiaca na toto teleso sa rovná vektorovému súčtu síl pôsobiacich na toto teleso zo všetkých ostatných. nabité telá.
Pamätajte tiež na dve dôležité definície:
vodičov- látky obsahujúce voľné nosiče elektrického náboja. Vo vnútri vodiča je možný voľný pohyb elektrónov - nosičov náboja ( elektriny). Medzi vodiče patria kovy, roztoky elektrolytov a taveniny, ionizované plyny a plazma.
Dielektrika (izolátory)- látky, v ktorých nie sú žiadne voľné nosiče náboja. Voľný pohyb elektrónov v dielektrikách je nemožný (nemôže nimi prechádzať elektrický prúd). Sú to dielektriká, ktoré majú určitú permitivitu, ktorá sa nerovná jednote ε .
Pre permitivitu látky platí nasledovné (o tom, aké elektrické pole je o niečo nižšie):
Elektrický náboj a jeho hlavné vlastnosti.
Zákon zachovania elektrického náboja.
Nabíjačka je skalárna fyzikálna veličina, ktorá určuje intenzitu elektromagnetických interakcií. Jednotka náboja je [q] prívesok.
Vlastnosti elektrického náboja:
1. Nabíjačka nie je jednoznačná veličina, existujú kladné aj záporné náboje.
2. Nabíjačka- hodnota je nemenná. Pri pohybe nosiča náboja sa nemení.
3. Nabíjačka aditívum.
4. Nabíjačka násobok elementárnych. q = Ne. Táto vlastnosť náboja sa nazýva diskrétnosť (kvantizácia).
5. Celkom nabíjačka akéhokoľvek izolovaného systému. Táto nehnuteľnosť je zákon zachovania elektrického náboja.
Zákon zachovania elektrického náboja - elektrické náboje nevznikajú a nezanikajú, ale iba sa prenášajú z jedného tela do druhého alebo sa v tele prerozdeľujú.
Elektrostatika. bodový poplatok. Coulombov zákon. Princíp superpozície síl. Objemová plocha a lineárna hustota náboja.
Elektrostatika- časť náuky o elektrine, ktorá skúma vzájomné pôsobenie nehybných elektrických nábojov.
bodový poplatok je nabité teleso, veľkosť a tvar, ktoré možno zanedbať.
Formulácia Coulombovho zákona: Sila elektrostatickej interakcie medzi dvoma bodovými elektrickými nábojmi je priamo úmerná súčinu veľkostí nábojov, nepriamo úmerná druhej mocnine vzdialenosti medzi nimi a smeruje pozdĺž priamky, ktorá ich spája, takže podobné náboje sa odpudzujú a na rozdiel od nich poplatky priťahujú.
Princíp superpozície síl je, že pôsobenie viacerých síl možno nahradiť pôsobením jednej – výslednice. Výslednica je jediná sila, ktorej výsledok je ekvivalentný súčasnému pôsobeniu všetkých síl pôsobiacich na toto teleso.
Lineárna hustota náboja: náboj na jednotku dĺžky.
Hustota povrchového náboja: náboj na jednotku plochy.
Objemová hustota náboja: náboj na jednotku objemu.
napätie elektrické pole. siločiary elektrostatické pole. Sila poľa stacionárneho bodového náboja. elektrostatické pole. Princíp superpozície.
Intenzita elektrického poľa- vektorová fyzikálna veličina charakterizujúca elektrické pole v danom bode a číselne sa rovná pomeru sily pôsobiacej na pevný bodový náboj umiestnený v danom bode poľa k hodnote tohto náboja q.
Elektrostatické siločiary majú nasledujúce vlastnosti:
1. Vždy otvorené: začnite pri kladných nábojoch (alebo pri nekonečne) a končia pri záporných nábojoch (alebo pri nekonečne).
2 . Nepretínajú sa ani sa navzájom nedotýkajú.
3 . Hustota čiar je tým väčšia, čím väčšia je intenzita, to znamená, že intenzita poľa je priamo úmerná počtu siločiar prechádzajúcich jednotkovou plochou umiestnenou kolmo na čiary.
Potenciál elektrostatického poľa. Cirkulácia poľa vektora E. Veta o cirkulácii vektora E elektrostatického poľa v int. a dif. formy a ich obsah.
Keďže princíp superpozície platí pre silu elektrostatického poľa, potom každé elektrostatické pole je potenciálne.
Veta o cirkulácii vektora E elektrostatického poľa: Obeh E v uzavretej slučke je L vždy nula.
V dif. forma:
Elektrostatické pole je potenciálne.
Potenciálna energia bodový náboj v elektrostatickom poli. Potenciál elektrostatického poľa. ekvipotenciálne plochy. Potenciál poľa bodového imobilného náboja. Princíp superpozície pre potenciál.
Potenciálna energia náboja v rovnomernom elektrostatickom poli je:
Potenciál - skalárna hodnota je energetická charakteristika poľa v danom bode a rovná sa pomeru potenciálnej energie testovaného náboja k tomuto náboju.
Ekvipotenciálny povrch je plocha, na ktorej potenciál daného poľa nadobúda rovnakú hodnotu.
Potenciál poľa bodového nepohyblivého náboja:
Princíp superpozície pre potenciály- Potenciál poľa vytvoreného GRU s počtom nábojov v ľubovoľnom bode sa rovná súčtu potenciálov polí vytvorených každým nábojom.
moment
a získava potenciál energie
Dipól má:
minimálny pot. energia:
v polohe (poloha stabilnej rovnováhy);
maximálny pot. energia:
v polohe (poloha nestabilnej rovnováhy);
Vo všetkých ostatných prípadoch vzniká moment síl, ktorý otáča dipól do stabilnej polohy.
Vo vonkajšom nehomogénnom elektrostatickom poli pôsobí moment síl na bodový dipól a tento dipól má potenciálnu energiu
Sila pôsobiaca na bodový dipól v nerovnomernom tvare. email stat. lúka:
V externom heterogénnom e-maile. stat. Pole bodového dipólu sa pri súčasnom pôsobení momentu síl otáča v smere poľa a sily, pohybuje sa v smere, kde je modul väčší (naťahuje sa smerom k silnejšiemu poľu).
V dirigente.
Vo vodiči sú voľné. náboje - prúdové nosiče, schopné pohybu pod vplyvom ľubovoľne malej sily. v celom dirigente.
Elektrostatická indukcia je fenomén redistribúcie nábojov na povrchu vodiča pri pôsobení stor. elektrostatické pole.
prerozdeľovanie poplatky zastav., keď sa naplní ktorýkoľvek bod vodiča. podmienka:
Pretože , potom sila elektrostatického poľa v ktoromkoľvek bode vo vnútri vodiča:
Lebo vtedy
- potenciál vodiča je rovnaký. v celom svojom vnútri bodov a na povrchu
Podmienky pre stacionárne rozloženie nábojov vo vodiči:
2.Vyd. vo vodiči nie sú žiadne náboje a indukované náboje sú rozdelené
na svojom povrchu ()
3. Blízko vonkajšej strany povrchu. vektor vodiča smeruje pozdĺž normály k tomuto
povrch v každom bode ()
4. Celý objem vodiča je yavl. ekvipotenciálnej oblasti a jej povrch je ekvipotenciálny
Obvod s prúdom v magnetickom poli. Moment síl pôsobiacich na obvod s prúdom a potenciálna energia obvodu s prúdom v rovnomernom magnetickom poli. Práca síl magnetické pole pri pohybe obvodu prúdom.
Magnetický moment lineárneho prúdu I, ktorý prúdi pozdĺž uzavretého plochého obrysu (ktorého všetky body ležia v rovnakej rovine):
S je plocha ohraničená obrysom; v SI = A*
Výsledná ampérová sila pôsobiaca na prúdový obvod v rovnomernom magnetickom poli je 0.
Preto celkový moment ampérových síl nezávisí od výberu bodu O, vzhľadom na ktorý sa vypočíta:
Moment síl pôsobiacich na uzavretý obvod s prúdom I v magnetickom poli indukcie:
Keď M=0 (t.j. obvod s prúdom je v rovnovážnej polohe).
Keď na obrys pôsobí maximálny moment síl.
Potenciálna energia uzavretej slučky s prúdom v magnetickom poli:
Práca ampérových síl:
V tomto prípade smer kladnej normály tvorí pravotočivý systém. Tento vzorec platí v prípade ľubovoľného posunutia obrysu akéhokoľvek tvaru v magnetickom poli.
29. Magnetické pole v hmote. Magnetizácia dia- a paramagnetov. Magnetizačný vektor . Veta vektorovej cirkulácie poľa v integrálnej a diferenciálnej forme.
Každá látka je magnetická (t. j. môže byť magnetizovaná vplyvom vonkajšieho magnetického poľa)
Vodivý prúd (I, ) je prúd spôsobený usmerneným pohybom nosičov prúdu v látke.
Molekulové prúdy () - prúdy spojené s orbitálnym pohybom a rotáciou elementárnych častíc v atómoch hmoty. Každý molekulárny prúd má magnetický moment.
Diamagnety sú látky, ktorých magnetické momenty atómov v neprítomnosti vonkajšieho magnetického poľa sú rovné nule, t.j. magnetické momenty všetkých elementárnych častíc atómu (molekuly) sú kompenzované.
Paramagnety sú látky, ktorých atómy v neprítomnosti vonkajšieho magnetického poľa majú nenulový magnetický moment, ale ich smer je náhodne orientovaný.
Keď sa diamagnet zavedie do vonkajšieho magnetického poľa, v každom jeho atóme sa indukuje dodatočný moment nasmerovaný proti vonkajšiemu magnetickému poľu.
Keď je paramagnet vložený do vonkajšieho magnetického poľa, magnetický moment jeho atómov (molekúl) sa orientuje v smere vonkajšieho poľa.
Magnetizácia látky je spôsobená prevládajúcou orientáciou alebo indukciou jednotlivých molekúl v jednom smere. Magnetizácia látky vedie k vzniku magnetizačných prúdov (molekulárne prúdy spriemerované v makroskopickej oblasti):
kde je vektor hustoty magnetizačného prúdu prechádzajúceho cez orientovaný povrch S.
Podľa princípu superpozície:
kde je indukcia vonkajšieho poľa;
Indukcia magnetického poľa magnetizačných prúdov.
Magnetizačný vektor je kvantitatívna charakteristika zmagnetizovaného stavu látky, ktorá sa rovná pomeru celkového magnetického momentu fyzicky malého objemu magnetu k tomuto objemu:
V SI [J] = A/m.
Veta vektorovej cirkulácie magnetostatického poľa v diferenciálnej forme:
v ktoromkoľvek bode magnetostatického poľa sa rotor vektora rovná vektoru hustoty magnetizačného prúdu v rovnakom bode.
Elektrostatika -toto je oblasť fyziky, ktorá študuje interakciu a vlastnosti systémov elektrických nábojov, ktoré sú stacionárne vzhľadom na zvolenú inerciálnu vzťažnú sústavu.
Celá škála prírodných javov je založená na štyroch základných interakciách medzi elementárnymi časticami
gravitačný,
elektromagnetické,
Elektrický náboj - nosič elektromagnetická interakcia.
Základné vlastnosti nábojov
1. Elektrický náboj môže byť dvoch typov: pozitívne(keď sa pokožka trie o sklo) a negatívne(pri trení srsti o ebonit). Telesá s elektrickými nábojmi rovnakého znamenia sa navzájom odpudzujú, telesá s nábojmi opačných znamení sa priťahujú.
2. Nosiče elektrického náboja sú nabité elementárne častice s elementárny náboj(Coulomb je jednotka SI elektrického náboja)
protón je kladný nosič náboja (+ e), (m p\u003d 1,6710 -27 kg);
elektrón - nosič záporného náboja (- e), (m e\u003d 9,1110 -31 kg).
Náboj akéhokoľvek iného telesa je celočíselným násobkom elementárny elektrický náboj.
3. Základný zákon zachovania elektrického náboja(vykonávané v akýchkoľvek procesoch zrodenia a zničenia elementárnych častíc): v akomkoľvek elektricky izolovanom systéme sa algebraický súčet nábojov nemení .
4. Elektrický náboj je relativistacki invariant: jeho hodnota nezávisí od referenčného rámca, a teda nezávisí od toho, či sa pohybuje alebo je v pokoji.
Takže nabiť telo pozitívne znamená odobrať mu určitý počet elektrónov a nabiť ho negatívne znamená dať telu určitý počet elektrónov navyše. Všimnite si, že náboje telies rádovo 1 nC = 10 -9 C už možno považovať za dosť významné. Aby malo teleso takýto náboj, musí sa počet elektrónov v ňom líšiť od počtu protónov o ! veci.
Klasifikácia telies v závislosti od koncentrácie voľných nábojov
vodičovjamilý- kovy (náboje sa pohybujú bez chemických premien);
vodičovIImilý- elektrolyty (pohyb nábojov je sprevádzaný chemickými premenami);
vodičov(orgány s voľným pohybom poplatkov v celom objeme);
Polovodiče(telesá s obmedzeným pohybom náloží);
Dielektrika(orgány, v ktorých prakticky neexistujú žiadne bezplatné poplatky);
Jednotka elektrického náboja Coulomb je derivátom jednotky prúdu, je to elektrický náboj prechádzajúci prierezom vodiča prúdom 1 A za čas 1 s (1Cl = 1A1s).
Coulombov zákon. Dielektrická permitivita a jej fyzikálny význam
Ryža. 1. Schéma interakcie bodových nábojov
,
(1)
Kde k– koeficient proporcionality v závislosti od výberu merných jednotiek. V sústave SI
- elektrická konštanta.
sila F volal Coulombova sila, je to príťažlivá sila, ak majú náboje rôzne znamienka (obr. 1), a odpudivá sila, ak sú náboje rovnakého znamienka.
Ak sú elektrické náboje umiestnené vo vnútri dielektrika, potom sa sila elektrickej interakcie zníži v súlade s výrazom:
,
(2)
Kde 
- dielektrická permitivita prostredia, ktorá ukazuje, koľkokrát je sila vzájomného pôsobenia bodových nábojov v dielektriku menšia ako sila ich vzájomného pôsobenia vo vákuu.
Dielektrické konštantné hodnoty pre niektoré látky
